水是生命之源。誕生于46億年前的地球水不僅自身擁有生命力，同時又是生命的載體。對于每個家庭而言，飲用水的清潔安全至關重要。為保障每一滴水都能從取水源頭安全、達標地抵達居民的水龍頭，城市供水集團不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，用最優(yōu)質的的水質，呵護人們的生命健康。
加藥工序是自來水廠控制水質的重要環(huán)節(jié)。最新發(fā)布的《城鎮(zhèn)水務2035年行業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》明確了全國城鎮(zhèn)水務發(fā)展的主要目標，并對出廠水濁度提出更高要求(<0.5NTU)。
對藥物的精準投加是供水企業(yè)降低出水濁度、提升出水水質的關鍵。然而，目前大多數(shù)自來水廠的藥物投加仍延用傳統(tǒng)的手工方式。供水行業(yè)迫切需要引入先進的自動化、數(shù)字化和智能化技術，加快水廠加藥環(huán)節(jié)的數(shù)字化和智能化轉型，提高飲水安全。
某水務環(huán)境控股集團有限公司致力于為珠海、澳門兩地提供優(yōu)質、安全的飲用水，服務人口超過127萬。該水務集團旗下負責的珠海城區(qū)供水的自來水廠日供水能力可達12萬噸/日。為進一步提升供水品質，讓珠海在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，保持住青山隱隱、綠水悠悠的生態(tài)發(fā)展優(yōu)勢，該水廠正式啟動改造工程，并目標建成為珠海市首個擁有深度處理工藝的水廠。面對水廠智能加藥這一行業(yè)難題，該水廠希望與智能制造領域的領先企業(yè)合作，一同探索前行。
挑戰(zhàn)
在自來水的生產(chǎn)過程中，通常要經(jīng)過由原水加入藥物反應、沉淀、過濾、加氯氣消毒的工藝流程。在這一系列的處理過程中，藥物的投加是十分關鍵的環(huán)節(jié)。因為藥物的投加量及其反應效果直接關系到自來水的最終水質和生產(chǎn)成本。但目前水行業(yè)的藥劑投加很多仍依賴于操作人員的經(jīng)驗，藥物過量投加問題時有發(fā)生，無法滿足高品質供水要求。
該水務集團技術信息部總經(jīng)理表示：“加藥混凝沉淀是水廠重要的工藝環(huán)節(jié)，也是保證水質、提高經(jīng)濟效益的關鍵，但在行業(yè)內(nèi)卻是難點問題?！?/FONT>
加藥控制的主要難點在于自來水制水加藥控制具有非線性、時變性和大時滯性等復雜特點，用傳統(tǒng)的控制方式難以達到滿意的控制效果。實現(xiàn)多變量、大滯后、強耦合系統(tǒng)控制是破解難題的關鍵，也是該水務集團希望尋找到的智能加藥解決方案。
智慧水務作為智慧城市建設的重要環(huán)節(jié)，在城市化發(fā)展進程中的作用將愈發(fā)重要。該水務集團也在加快數(shù)字化轉型步伐，希望通過部署智能加藥系統(tǒng)，滿足旗下自來水廠智能化、無人化的生產(chǎn)要求，實現(xiàn)安全、節(jié)能、環(huán)保、高效的生產(chǎn)運營目標。
解決方案
憑借出色的系統(tǒng)功能和豐富的應用經(jīng)驗，羅克韋爾自動化的智能加藥解決方案獲得了客戶的青睞。根據(jù)該自來水廠的工藝特點，羅克韋爾自動化融合大數(shù)據(jù)、人工智能和模型預測控制等先進技術，為水廠量身設計并部署了基于Pavilion8 模型預測控制技術的智能加藥投加系統(tǒng)。
作為業(yè)內(nèi)第一家推出多變量非線性動態(tài)控制和模型預測技術方案的供應商，羅克韋爾自動化在石油煉化等諸多高端應用場景有著豐富的經(jīng)驗和優(yōu)異的表現(xiàn)。針對水廠加藥控制環(huán)節(jié)多變量、大滯后的特征，羅克韋爾自動化基于模型預測控制技術設計的智能加藥投加系統(tǒng)，可對被控對象的整體進行多個變量的控制，消除多個回路之間的相互影響，具備預測能力，可根據(jù)多個回路的工況進行分析，從而對控制器內(nèi)每一個回路的未來趨勢進行預測，并根據(jù)預測的結果對回路進行調節(jié)。
相較于傳統(tǒng) PID 調節(jié)，該方案具有更強的適應能力和更好的魯棒性，適合處理過程的大滯后、強耦合特性，并能有效地解決過程可測干擾。方案采用多變量優(yōu)化算法，適合處理多層次、多目標和多約束控制問題，并且不斷進行滾動優(yōu)化和反饋校準，根據(jù)預測模型可計算下一個采樣時間點的輸出，以此對未來水質變化的加藥量調節(jié)進行啟發(fā)式修正。
根據(jù)該水廠的水質指標要求，羅克韋爾自動化為水廠建立了加礬模型和加氯模型等藥劑投加控制模型，通過模型預測控制算法實現(xiàn)整個水廠加藥工藝環(huán)節(jié)的智能化和全自動控制，模型預測控制系統(tǒng)可與現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成。羅克韋爾自動化自來水廠智能加藥解決方案通過自動調整各種化學藥劑加入量，可有效解決現(xiàn)有加藥系統(tǒng)出水水質不穩(wěn)定的問題，避免藥物的過量投放，做到精確加藥，同時大大降低成本，擺脫加藥過程對操作人員的過度依賴，實現(xiàn)標準化工廠運行。
借助羅克韋爾自動化先進的模型控制方案，自來水廠可將傳統(tǒng)的液氯消毒改為成品次氯酸鈉溶液消毒，采用泵閥控制投加形式，投藥精度控制在±1%，達到安全、環(huán)保、節(jié)能、高效的運營目標。
效果
作為首個采用羅克韋爾自動化智能加藥投加系統(tǒng)的自來水廠，該水廠實現(xiàn)了全廠藥劑的全自動精確投加，毋須任何人工介入，滿足水廠智能化、無人化的要求。智能加藥解決方案在有效降低出廠水濁度的同時，大大提升了飲用水口感，進一步助力珠海市打造第一個擁有深度處理工藝的水廠。出廠水質達直飲水標準，真正意義上為珠海市民提供優(yōu)質供水。
通過大數(shù)據(jù)、人工智能和先進控制技術的深度結合，羅克韋爾自動化智能加藥投加系統(tǒng)可根據(jù)水質變化對加藥量進行實時調節(jié)，實現(xiàn)全廠藥劑的精確投加，在節(jié)省加藥量的同時，降低了重金屬對水的二次污染，保障百姓用水安全。通過加礬模型的精準控制，該水廠有效避免了原水水質波動帶來的影響，模型投用后，絮凝沉淀池出水濁度的波動減少50%，保障水廠出水濁度穩(wěn)定在0.1NTU。消毒模型控制使得出水余氯指標的波動減少45%，在消毒要求日益嚴峻的趨勢下，避免了藥劑過量投加，水質中的金屬離子含量遠遠低于國標要求，減低了飲用者罹患老年癡呆癥的風險。該方案在提升水質、提高產(chǎn)率、降低能耗、減少污染、保障安全方面優(yōu)勢顯著，同時大大提升了水廠的數(shù)字化水平。
一滴水很小，卻能折射出愛與智慧的光輝;一滴水也很大，足以裝下每人個人對健康的期盼?？萍紕?chuàng)新的最終目標是滿足人們對美好生活的向往，面對可期的未來，羅克韋爾自動化將加快自來水廠智能加藥解決方案的落地和“復制”，結合羅克韋爾自動化智慧水務解決方案，推動水行業(yè)的數(shù)字化和智慧轉型，與水行業(yè)企業(yè)攜手共創(chuàng)智慧水務新生態(tài)，為提升城市供水質量，保障人民飲水健康，貢獻力量。
小羅有話說
羅克韋爾自動化為自來水廠成功部署智能加藥系統(tǒng)，保障了水廠全廠藥劑的全自動精準投放，推動了水行業(yè)的數(shù)字化和智慧轉型。
（轉載）
